堿冷卻器的腐蝕及應(yīng)對措施

周興

(寧波鎮(zhèn)洋化工發(fā)展有限公司，浙江 寧波 315040)

板式換熱器是將薄金屬板通過壓制、疊裝，用夾板、螺栓緊固而形成具有一定波紋形狀的換熱板片的換熱器。各塊板片之間形成薄矩形通道，工作流體在兩塊板片間形成的窄小而曲折的通道中流過，通過板片進(jìn)行熱量交換。板式換熱器的結(jié)構(gòu)及換熱原理決定了其具有結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、傳熱效率高、操作靈活性大、應(yīng)用范圍廣、熱損失小、安裝和清洗方便等特點(diǎn)，在氯堿生產(chǎn)裝置中得到廣泛應(yīng)用。

寧波鎮(zhèn)洋化工發(fā)展有限公司(以下簡稱“寧波鎮(zhèn)洋”)是一家集氯堿、有機(jī)化工、新材料于一體的綜合性化工企業(yè),氯堿生產(chǎn)是公司的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè),經(jīng)過多次改造，燒堿規(guī)模達(dá)到23萬t/a。從電解槽出來的32%堿液采用板式換熱器進(jìn)行冷卻。在堿冷卻過程中，由于各種腐蝕因素，經(jīng)常使得板片穿孔，嚴(yán)重影響了系統(tǒng)的正常進(jìn)行，并危及到企業(yè)的安全生產(chǎn)。本文中結(jié)合寧波鎮(zhèn)洋的生產(chǎn)實(shí)際，針對堿冷卻器的腐蝕情況，分析了腐蝕原因，并提出了應(yīng)對措施。

1 使用情況

E1273由蘇州某公司2013年5月制造(30.38 m2,49片，材質(zhì)為純鎳),2015年6月抽出穿孔板片5片,11月21日抽出穿孔板片22片,2016年5月因換熱效果差補(bǔ)充至66片(41 m2)組裝使用。

E1330由四平某公司于2005年7月制造(21 m2、77片、材質(zhì)為純鎳)，曾因板片穿孔維修多次。2015年6月、10月進(jìn)行過兩次拆檢，抽出穿孔板多片，目前運(yùn)行板片共42片，為原設(shè)計(jì)面積的54.5%。

E2273A由寶雞某換熱設(shè)備廠制造(50 m2,98片，材質(zhì)為純鎳)，2013年7月投用，2015年3月抽出穿孔板片，補(bǔ)充41片后仍保留為98片(50 m2)。

E2273B因原換熱器板片腐蝕穿孔，繼續(xù)檢修已不經(jīng)濟(jì)而報(bào)廢，2015年9月更新為904L材質(zhì)(50 m2)，目前狀況良好。

E2274由寶雞某換熱設(shè)備廠制造(30 m2,58片，材質(zhì)為純鎳)，2013年7月投用，2015年11月抽出穿孔板片14片，剩44片(32.7 m2)組裝使用。

3 原因分析

針對堿冷卻器的腐蝕情況，進(jìn)行了原因分析。

(1)循環(huán)水中氯離子超標(biāo)是主要原因。日本旭化成公司曾做過這樣的試驗(yàn)：鎳板在70 ℃、NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10-3的自來水環(huán)境中，通入空氣64 h后，發(fā)生了深10 μm的間隙腐蝕。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果推導(dǎo)出鎳在含Cl-的水中的腐蝕速率約為0.057 mm/a。經(jīng)與同行溝通,循環(huán)水中Cl-質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為0.26×10-3，板片腐蝕情況與寧波鎮(zhèn)洋類似。寧波鎮(zhèn)洋循環(huán)水中Cl-質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)(0.3～0.4)×10-3。

(2)從拆檢情況看，板片腐蝕穿孔主要集中在墊片溝槽內(nèi)側(cè)與板片波紋過渡處，穿孔大小不一，主要為縫隙腐蝕和點(diǎn)腐蝕，腐蝕發(fā)生在水側(cè)。板片波紋在制造過程中留有殘余應(yīng)力和局部損傷，與水側(cè)富集在墊片縫隙水垢中的Cl-聯(lián)合作用，引起縫隙腐蝕和點(diǎn)腐蝕。因?qū)幉ㄦ?zhèn)洋采用生產(chǎn)水作為循環(huán)水的補(bǔ)充水，而園區(qū)自來水公司提供的生產(chǎn)水中Cl-含量較高，加速了Cl-的富集，致使鎳板發(fā)生局部腐蝕穿孔，造成內(nèi)漏。

(3)循環(huán)水系統(tǒng)的pH值和堿度緩慢上升，雖通過加大排污量,但仍未見好轉(zhuǎn)。因?yàn)檠h(huán)水堿度高，生成鈣鎂沉淀在換熱器循環(huán)水側(cè)結(jié)垢，阻塞循環(huán)水側(cè)循環(huán)水流量，使循環(huán)水側(cè)水流量不足，進(jìn)而導(dǎo)致?lián)Q熱器循環(huán)水水溫高。水溫高，更加容易結(jié)垢，這樣形成惡性循環(huán)。當(dāng)循環(huán)冷卻水經(jīng)過垢下部位時，由于傳熱不佳，局部升溫，導(dǎo)致氯化物濃縮非常嚴(yán)重，此時氯化物含量會幾個量級的倍增，所以換熱器極易發(fā)生垢下應(yīng)力腐蝕，導(dǎo)致穿孔。

(4)換熱器設(shè)備振動會引起疲勞腐蝕。冷卻器板片為壓制的人字形波紋狀，相鄰板片之間有大量觸點(diǎn)以保證板片間隙及剛度支撐，這就產(chǎn)生大量的應(yīng)力集中點(diǎn)。隨著溫度的升高，應(yīng)力腐蝕容易在這些集中點(diǎn)發(fā)生；寧波鎮(zhèn)洋電解裝置實(shí)行錯峰運(yùn)行，堿液流量波動較大，導(dǎo)致?lián)Q熱器溫差波動大，振動加劇，腐蝕加重。

4 應(yīng)對措施

(1)為改善堿換熱器循環(huán)水的水質(zhì)，減少氯堿裝置長周期穩(wěn)定運(yùn)行的影響因素，寧波鎮(zhèn)洋利用公司內(nèi)原新材料裝置的循環(huán)水系統(tǒng)與一、二期氯堿裝置5臺堿冷卻器合成一體，并采用生活水作為補(bǔ)充水。生活水中Cl-含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于生產(chǎn)水，這可以減少堿液冷卻器的循環(huán)冷卻水的Cl-，有助于延長換熱器的使用壽命。

(2)向循環(huán)水增加藥劑處理，已于2016年2月開始實(shí)施，并對循環(huán)水旁濾池進(jìn)行了改造，去除循環(huán)水懸浮物。

(3)查閱資料發(fā)現(xiàn)，氯堿廠普遍存在減冷卻器(鎳材質(zhì))腐蝕的情況[1]，日本旭化成建議堿冷卻器采用哈氏合金材質(zhì)，但是哈氏合金價格昂貴，而且寧波鎮(zhèn)洋曾在硫酸系統(tǒng)使用過哈氏合金，效果不是很理想。鑒于有的氯堿廠使用904L材質(zhì)換熱器的效果不錯，而且904L材質(zhì)換熱器價格較低(只有鎳換熱器一半的價格)，2015年9月，寧波鎮(zhèn)洋在E2273B臺位也選用了904L材質(zhì)的換熱器。目前,設(shè)備專業(yè)人員對已投運(yùn)的904L板式冷卻器進(jìn)行了跟蹤記錄，及時記錄檢修情況，以供今后設(shè)備選型、選材使用。

(4)電解裝置實(shí)行錯峰運(yùn)行后，電解槽負(fù)荷上升，換熱器負(fù)荷增大，工藝專業(yè)人員通過計(jì)算評估，提出合理的堿冷卻器的換熱面積。

(5) 在換熱器前增設(shè)Y形過濾器,并安排48 h清洗1次,及時除去雜質(zhì)。

(6)在板式換熱器檢修過程中，嚴(yán)格按規(guī)范檢修，杜絕用鋼刷清除水垢；安裝板片時，須掌握好導(dǎo)向桿的預(yù)緊力，板片壓緊距離嚴(yán)格控制在許可范圍內(nèi)。

5 結(jié)語

堿換熱器產(chǎn)生腐蝕的主要原因是循環(huán)水中Cl-超標(biāo)。為此,在原有的公用工程基礎(chǔ)上,對循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行了適當(dāng)?shù)募夹g(shù)改造,顯著降低了循環(huán)冷卻水中Cl-的濃度,從根本上改變了產(chǎn)生腐蝕的因素,延長板式換熱器的使用壽命。此外,采取增加換熱器換熱面積、改變換熱器的材質(zhì)、改造或增設(shè)循環(huán)水的過濾設(shè)施等措施,也有利于改善堿換熱器的使用效果,從而保障生產(chǎn)的正常運(yùn)行。

[1] 陳欣，傅建林. 陰極液冷卻器板片泄漏原因[J].氯堿工業(yè)，2009,45(3) :37-40.